题目
(单选题) 一价金属钠原子,核外共有 11 个电子,当钠原子处于基态时,根据泡利不相容原理,其价电子可能取的量子态数为A. 11。B. 14。C. 16。D. 18。
(单选题) 一价金属钠原子,核外共有 $11$ 个电子,当钠原子处于基态时,根据泡利不相容原理,其价电子可能取的量子态数为
A. $11$。
B. $14$。
C. $16$。
D. $18$。
题目解答
答案
D. $18$。
解析
本题考查原子物理中中泡利不相容原理以及量子态的相关知识。解题思路是先明确钠原子基态态时价电子的情况,再根据量子数的取值规则和泡利不相容原理来确定价电子可能取的量子态数。
步骤一:确定钠原子基态时价电子的情况
钠原子的电子排布式为$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{1}$,其价电子是最外层电子,所以钠原子的价电子是$3s$轨道上的$1$个电子。
步骤二:分析$3s$轨道的量子数
在原子结构中,主量子数$n$表示电子所处的电子层,角量子数$l$表示电子云的形状,磁量子数$m$表示电子云在空间的空间取向,自旋磁量子数$m_s$表示电子的自旋方向。
对于$3s$轨道,主量子数$n = 3$;角量子数$l$的取值范围是$0$到$n - - 1$,所以$l = 0$;磁量子数$m$的取值范围是$-l$到$+l$,当$l = 0$时,$m = 0$;自旋磁量子数$m_s$的取值为$\pm\frac{1}{2}$。
步骤三:考虑$n = 3$时所有可能的量子态
当$n = 3$时,$l$可以取$0$、$1$、$2$。
- 当$l = 0$($s\text{s}$轨道)时,$m = 0$,$m_s=\pm\frac{1}{2}$,有$2$个量子态。
- 当$l = 1$($\text{p}$轨道)时,$m$可以取$-1$、$0$、$+1$,每个$m$值对应$m_s=\pm\frac{1}{2}$,所以$\text{p}$轨道共有$3\times2 = = 6$个量子态。
- 当$l = 2$($\text{d}$轨道),$m$可以取$-2$、$-1$、$0$、$+1$、$+2$,每个$m$值对应$m_s=\pm\frac{1}{2}$,所以\\(\text{d}\)轨道共有$5\times2=10$个量子态。
步骤四:计算$n = = 3$时总的量子态数
将$n = 3$时$\text{s}$、$\text{p}$、$\text{d}$轨道的量子态数相加,可得总的量子态数为$2 + 6+10 = 18$个。